Вопросы самоконтроля

1. Назовите преимущества супергетеродинного приёмника перед приёмником прямого усиления.

2. Поясните принцип действия супергетеродинного приёмника.

3. Дайте определение чувствительности приёмника и поясните, чем она ограничена.

4. Дайте определения: нестабильности частоты несущих колебаний, девиации частоты, выходной мощности несущих колебаний.

5. Какая антенна применяется на носимой станции?

6. Назовите технические параметры приёмника радиостанции Alan 95 plus.

7. Назовите технические параметры передатчика радиостанции Alan 95 plus.

8. От каких основных параметров приёмника и передатчика зависит дальность связи?

9. Как решаются вопросы селективности приёмника при выделении полезного сигнала в зоне действия помех?

10.Что означает выделенная полоса частот? Можно ли выходить за её пределы?

11. Дайте определение коэффициенту полезного действия (промышленному КПД) передатчика.

12. Какие побочные колебания может излучать передатчик?

13. Дайте определения параметрам передатчика: побочное излучение, гармоники 2f, 3f и т.д., субгармоники, паразитные колебания.

14. Поясните, что означает параметр Alan 95 plus: «подавление побочных излучений передатчика … не менее – 60 дБ».

15. Из каких функциональных узлов состоит MS аналогового стандарта сотовой связи?

Тема 2.2. Преимущества и недостатки цифровых сетей передачи. Проблемы, решаемые при цифровой передаче речи в мобильных терминалах Требования к знаниям

Студент должен

знать:

• причины «цифровизации» в технике мобильной связи (применение БИС, мультиплексирование и сигнализация, минимум ошибок при регенерации сигнала, уменьшение соотношения сигнал/шум, шифрование);

• схему цифровой обработки аналоговых сигналов;

• приложения цифровой обработки сигналов (эхокомпенсаторы, цифровая обработка аналоговых служебных сигналов, низкоскоростное компрессирование речи, канальное кодирование);

• недостатки цифрового оборудования передачи речи (расширение полосы частот, необходимость временной синхронизации, несовместимость с аналоговыми устройствами).

Содержание учебного материала

Большинство аналоговых диспетчерских и транкинговых систем разработаны в 70-80 годы уже прошлого столетия. В сотовой связи во второй половине 90-х годов переход от 1-го поколения ко 2-му цифровому поколению был больше «техническим», чем пользовательским. Переход к 3-му поколению при огромном техническом скачке содержал и новые потребительские свойства, связанные с предоставлением мультимедиа услуг и скоростной (до 2 мбит/с) передачей данных. Технология высокоскоростной пакетной передачи HSPA - позволила сетям UMTS достичь скоростей 3,8G. Сформировалось новое направление в связи – системы широкополосного беспроводного доступа на базе стандартов группы радиооборудования института инженеров по электротехнике и электронике IEEE 802.ХХ.

Профессиональная же связь, диспетчерская и транкинговая, технологическая и общего пользования так и осталась в основном на прежнем уровне. Разработанные цифровые стандарты профессиональной связи в России пока не нашли массового применения. Являясь на период разработки передовыми технологиями, в связи с бурным развитием именно сотовой связи общего пользования и формированием сетей 3G, цифровые транкинговые сети не развившись, морально устаревали, а это требовало постоянной модернизации стандартов. В рамках открытого стандарта Tetra родилось несколько систем, разработана усовершенствованная версия Tetra Relize 11. Что бы понимать, насколько ещё в профессиональной связи продлится жизнь аналоговых технологий, рассмотрим некоторые технические преимущества, обусловившие преимущество технологий цифровых и замену аналоговых технологий на примере сотовых сетей:

1). Аналоговые системы чувствительны к шумам, искажениям, перекрёстным помехам. Эти помехи не могут быть устранены так же просто, как в цифровых системах. В случае искажения сигналов в аналоговых системах требуется повторная передача, в цифровых системах возможно восстановление искажённой и утерянной информации.

2). Регенерация сигнала. При переводе аналогового сигнала в цифровой формат каждый дискретно взятый отсчёт представляется некоторым двоичным числом информации. При передаче каждая двоичная цифра представляется одним из двух возможных сигналов. Если при передаче отсутствовали искажения сигналов, то данные в приёмнике будут полностью идентичны переданной последовательности. Но в системах мобильной связи передаваемый сигнал подвергается значительным искажениям (для сотовой связи см. тему 3.4). Основным достоинством цифровой системы, является возможность восстановления искажённой информации в приёмной части линии передачи путём введения в передаваемую информацию дополнительных «восстанавливающих» битов информации.

3). Использование современных технологий снижает себестоимость оборудования и повышает надёжность работы при эксплуатации. Большие преимущества современных технологий даёт применение БИС, разработанных специально для таких функций, как кодирование/декодирование речи, мультиплексирование/демультиплексирование, коммутация.

Простота мультиплексирования цифровых сетей позволяет значительно снизить затраты на стоимость кабельных соединений внутри и снаружи сети.

4). Простота сигнализации. Переход к сигнализации по общему каналу снижает затраты на оборудование. Но системы с временным разделением каналов требуют жёсткой временной синхронизации, Особенно высоки требования в системах с кодовым разделением, для реализации которых в состав сетевого оборудования вводятся GPS/ГЛОНАСС приёмники.

5). Расширение видов обслуживания. Разрешающая способность элементной базы и возможности схемотехники позволяют создавать новые услуги и стимулировать потребительский спрос и наоборот.

6). Работоспособность при малых отношениях сигнал/шум/помеха. Шум и помехи в аналоговом оборудовании становятся особенно слышны в паузах, когда амплитуда сигнала мала. Передача в цифровых системах ведётся только во время разговора абонента, в паузах даже специально создаётся уровень комфортного шума.

7). Высокая степень защиты информации. Функция безопасности для мобильной связи весьма существенна, а для профессиональных систем – одна из главных. Цифровые системы имеют сложные алгоритмы цифровой обработки сигнала, усложняющие считывание информации, Кроме того, в цифровых системах функция шифрования вводится достаточно просто.

Цифровым сообщением называется последовательность, состоящая из N символов, каждый из которых может принимать M значений. Каждый символ передает бит информации.

Так, при модуляции 2ФМ(BPSK) символы бинарного сообщения могут принимать одно из 2-х значений: 0 или 1, каждый символ сообщения содержит 1 бит информации.

При 4ФМ(QPSK), символы могут принимать M значений из множества {a,b,c,d}, каждый символ передает 2 бита информации [4].

а) 2-х уровневый сигнал б) 4-х уровневый сигнал

с прямоугольной формой с прямоугольной формой

{1}=110101 импульсов {1}=aabcad

( N=6 символов)

в) биполярный сигнал с

косинусоидальной

формой импульсов

{1}=110101

Рис. 1

Временное представление цифровых сигналов различной формы длинны.

,

Где - длительность импульса

- длинна сообщения

N – количество символов в сигнале

В частной области цифровой сигнал представляется как baseband – сигнал. Baseband – сигналом называется сигнал, частотный спектр которого расположен непосредственной близости от нулевой частоты, симметричен относительно нулевой частоты и ограничен по занимаемой полосе частот:

,

Где максимальная частота в спектре сигнала

Модуль спектра baseband сигнала показан на рис. 2

Рис. 2

Спектр baseband-сигнала

Он может содержать или нет постоянную составляющую, иметь колебательный или монотонный характер.

Из сказанного следует, что принципиальное отличие цифрового сигнала от аналогового заключается в различной взаимосвязи информационных и физических параметров сигнала. Передаваемая информация в цифровом сигнале определяется в четыре N временных точках, количество которых равно и не зависит от верхней частоты в спектре сигнала [4].

Амплитуда каждого импульса цифрового сигнала может принимать строго ограниченное число значений (Многоуровневые сигналы). В результате величина передаваемой информации в цифровом сигнале определяется произведением количества битов информации, заключенных в каждом импульсе, на количество импульсов.

Аналоговый сигнал определяется своими значениями в N временных точках, количество которых равно , т. е. зависит от верхней частоты спектра.

Вывод: цифровой сигнал может принимать ограниченное число значений в точках отчета, а количество точек сигнала не зависит от ширины спектра сигнала (при постоянной скорости передачи).

Аналоговый сигнал может принимать любое значение в точках отчета, а количество точек отчета определяется верхней частотой его спектра.

Символьная скорость (бод), т. е. обратно пропорциональна длительности сигналов в цифровом сигнале.

Битовая скорость

Для 2ФМ количество уровней N=2, количество битов информации в символе .

Символьная и битовая скорости совпадают. D=R и .

Для 4ФМ количество битов в символе , скорость передачи символов D в 2 раза меньше, чем битовая скорость передачи информации R, а символьный интервал в 2 раза больше битового интервала .

Вывод: полоса частот цифрового сигнала зависит от скорости передачи символов, но не от скорости передачи информации. Сигнал 4ФМ занимает вдвое меньшую полосу частот по сравнению с 2ФМ при одинаковой скорости передачи. При одинаковой полосе частот скорость передачи в 4ФМ в 2 раза выше по сравнению с 2ФМ.